Н-міст () — електронна схема, яка дає можливість змінювати полярність напруги, що подається на навантаження. Назва походить від її загального схематичного зображення, в якому Н-мости представлені у вигляді великої літери «Н». Інша назва цієї схеми — повний міст.
Загальне
H-мости доступні у вигляді мікросхем або можуть бути побудовані з дискретних компонентів. Основою будь-якого H-моста є чотири перемикачі (твердотільні або механічні).
Коли перемикачі S1 і S4 (відповідно до рисунка) закриті, а S2 і S3 відкриті, на навантаження (в даному випадку двигун) подається позитивна напруга. Якщо відкрити S1 і S4 та закрити S2 і S3, полярність напруги зміниться на протилежну, що дозволяє двигуну працювати в зворотному напрямку.
Зі схеми випливає, що ключі S1 і S2 (або S3 і S4) ніколи не повинні замикатися одночасно, оскільки це призведе до короткого замикання джерела живлення.
Застосування H-міст використовується для живлення двополюсного пристрою. За допомогою правильного розташування перемикачів можна змінити полярність живлення пристрою. Нижче розглянуто три приклади: драйвер двигуна постійного струму, мостовий DC/DC перетворювач та інвертор.
Драйвер двигуна постійного струму
Зміна полярності живлення двигуна постійного струму використовується для зміни напрямку обертання. Окрім цього, H-міст може забезпечувати додаткові режими роботи, зокрема гальмування та вільне обертання за інерцією.
У режимі гальмування двигун зупиняється при з'єднанні його клем. Це відбувається тому, що кінетична енергія двигуна витрачається у вигляді електричного струму (динамічне гальмування). В іншому режимі двигун вільно обертається через повне від'єднання від джерела живлення.
У наступній таблиці наведено короткий опис роботи Н-моста, де – відповідають схемі. У цій таблиці «1» означає стан «увімкнено», а «0» — стан «вимкнено».
+ Таблиця режимів роботи (–) S1 S2 S3 S4 Результат 1 0 0 1 Двигун обертається вправо 0 1 1 0 Двигун обертається вліво 0 0 0 0 Вільне обертання (інерція) 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 X X Коротке замикання (заборонено) X X 1 1 1 0 1 0 Режим гальмування 0 1 0 1
Мостовий DC/DC перетворювач
Н-міст також використовується в ізольованих DC/DC перетворювачах. Мостові перетворювачі є оптимальними для високої потужності (від 100 Вт до кількох кВт), оскільки вони ефективно використовують магнітопровід трансформатора, циклічно змінюючи магнітний потік симетрично в обох напрямках.
У цій топології чотири перемикачі (–) почергово замикаються діагональними парами ( та ), що дозволяє подавати повну вхідну напругу на первинну обмотку трансформатора зі зміною полярності. На вторинній стороні трансформатора змінна напруга випрямляється (наприклад, за допомогою діодів та у схемі з виводом від середньої точки обмотки) і згладжується за допомогою вихідного -фільтра ( та вихідний конденсатор) для отримання стабільної постійної напруги. Така конфігурація забезпечує високу ефективність та низький рівень пульсацій вихідного струму.
Інвертор
Поширеним застосуванням H-моста є інвертор (DC/AC перетворювач). Така схема дозволяє перетворювати постійну напругу джерела у змінну напругу на навантаженні шляхом циклічного перемикання транзисторів діагональними парами ( та ).
При роботі на індуктивне навантаження () форма струму буде наближено трикутною, а її пікова амплітуда залежатиме від індуктивності , частоти перемикання та величини вхідної напруги.
Важливою особливістю схеми є наявність зворотніх (антипаралельних) діодів, підключених до кожного транзистора. Оскільки струм в індуктивності не може змінитися миттєво, ці діоди забезпечують шлях для протікання реактивного струму після вимкнення транзисторів, захищаючи напівпровідникові ключі від сплесків електрорушійної сили самоіндукції.
Примітки